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摘 要：本文结合高职机械类专业电子技术教学的现状及学生学习存在的问题，把PSIM仿真软件应用于电子技术教学过程中，通过仿真实验将理论知识形象直观地展现给学生，把课堂变得更生动，有利于激发和培养学生学习的热情，提高教学效果。
关键词：电子技术;仿真软件;PSIM
在高职院校中，《电子技术》课程是机械类专业一门比较重要的专业必修课，课程内容包括模拟电子技术和数字电子技术等。该门课程是《电气控制与PLC》、《数控机床故障诊断与维修》等核心专业课的先修课程，掌握这门课程的基础理论和技术层面的知识，可以为后续课程的学习打下坚实的理论基础。同时，现在的发展趋势已经接近机电不分家，电子技术对机械类专业学生要求也越来越高。
1 高职机械类专业电子技术教学的现状及学生学习存在的问题
（1）课时少，内容多。对于高职机械类专业《电子技术》课程的开设，许多高校往往只安排40-48个学时，且不单独开设集中性实训课程，除去实验的8个学时，理论教学只有32-40个学时。因分配学时较少，教学内容多，教学实施过程中很多知识点没有办法深入讲解，学生理解起来难度就较大。
（2）理论多，实验少。受学时分配限制，机械类专业实验安排学时相对较少，且多数以验证性实验为主，缺少综合设计性实验，造成学生理论与实践严重脱节，不利于学生电路分析能力、实践操作能力和自主创新能力的培養。
（3）实验设备陈旧，器件少。实验教学过程中，经常是3-4人共用一套实验设备，动手能力弱的学生往往只是在旁边观看，动手甚少。而且《电子技术》课程是专业基础课，开设该课程的班级较多，实验室使用率高，损坏的设备和器件不能得到及时维修，实验成功率低或实验效果不理想[1]。
（4）理论抽象，电路复杂。电子技术课程教学内容本身就存在内容抽象，分析方法多种多样、电路类型和器件复杂等问题，加大了学生对知识的理解难度。
在教学学时和实验室资源受限的情形下，传统的教学方法已很难达到预期的教学效果。借助教学信息化手段，将电路仿真软件引入到该课程中作为辅助教学，可以有效弥补理论教学和实验教学的缺陷;而且传统教学与仿真相结合，将抽象的理论知识形象、可视化，既能增加学生对电路的感观认识，又能促进学生对课程知识的探索与实践。本文将以PSIM仿真软件为例来介绍电路仿真在电子技术教学中的应用与研究。
2 PSIM仿真软件简述
PSIM 是专门为电力电子和电动机控制设计的一款仿真软件[2]。PSIM具有仿真高速、用户界面友好、波形解析等功能，为电力电子电路的解析、控制系统设计、电机驱动研究等有效提供强有力的仿真环境，而且PSIM软件占用资源少，仿真速度快[3]。
PSIM元件库包含了电阻、电容、电感、二极管、变压器等常见元件外，还包含了逻辑门、RS触发器、JK触发器等逻辑元器件和直流、正弦等各类电源，元件种类多样，可以建立基于模拟或数字电子元器件的仿真电路，能够满足《电子技术》课程的需求。
3 仿真软件在电子技术教学中的应用实例—单相桥式整流电容滤波电路
本文以电子技术中“直流稳压电源—单相桥式整流电容滤波电路”为例来分析PSIM仿真在教学中的应用。直流稳压电源是把交流电转换成直流电的过程，是二极管、晶闸管的具体实际应用，是电子技术中比较经典的一部分。首先可结合日常生活中的举例（如手机充电器、电动车、小音箱等），创设情境，引导学生认识直流稳压电源在生活中的具体应用，从而导入课程内容。接着介绍直流稳压电源的组成，如图1所示。然后按电路功能模块来进行教学，本文将从整流和滤波两个模块来分析。
3.1 整流电路
整流电路是利用具有单向导电性能的整流元件（晶体二极管、晶闸管），将正负交替变化的正弦交流电压变换成单向的脉动直流电压[4]。整流模块由4个二极管接成电桥形式构成，如图2所示。
在u2的正半周，其极性为上正下负，D1、D3导通，D2、D4截止，负载RL上的电流自上而下流过负载，负载上得到了与u2正半周相同的电压;在u2的负半周，其极性为上负下正，D2、D4导通，D1、D3截止，负载RL上的电流仍然自上而下流过负载，负载上同样得到了与u2正半周相同的电压[5]。
对电路进行仿真实验，按照电路图连接好元器件并修改元器件参数，同时在变压器二次侧并联一个电压表V2，负载RL两端并联电压表VP1，方便观察波形。搭建好的仿真电路如图3所示。仿真实验中，交流电源输入为220V，频率50HZ，变压器变比K=11：1，负载RL=40Ω。运行仿真，得到电压表V2和VP1的波形如图4所示。
V2（上）为变压器二次侧电压u2波形，VP1（下）为经整流桥后加在负载RL两端的电压uo。由理论分析可知，在一个周期里D1～D4在正半周期和负半周期各导通一次，uo的仿真电压波形与理论分析一致。
3.2滤波电路
滤波电路一般有电容滤波、电感滤波、LC滤波等，其作用是尽可能地将单向脉动直流电压中的脉动部分（交流分量）减小，使输出电压成为比较平滑的直流电压[6]。本文将以电容滤波为例，在整流桥两端并联电容构成电容滤波电路。
由前面的分析可知，经整流电路后输出的电压如VP1波形所示。假设在电路接通时，VP1从0开始增大，此时电容C开始充电，当VP1达到最大值时，C两端电压随之按正弦规律上升至最大值，接着VP1从最大值开始下降，uc也随之下降，但它们按不同规律下降：VP1按正弦规律下降，下降较快;而电容C则通过负载RL放电（此时二极管截止），uc按指数规律下降，由于放电时间常数（τ=RLC）较大，uc下降较慢[7]。当VP1的值再次增大，且大于uc时，二极管再次导通，电容C再继续充电，uc又随VP1上升。如此下去，输出电压（uo=uc）就得到了比整流输出电压更平滑的直流电，平均值也相应增大。 对电路进行仿真实验，在整流桥两端并联电容C=1000μF，并将负载RL两端电压表改为VP2。搭建好的仿真电路如图5所示。
仿真实验中，保留原整流仿真电路，方便将输出波形VP1和VP2进行对比，观察波形变化，运行仿真后得到波形如6所示。V2（上）为变压器二次侧电压u2波形，VP1（中）为整流电路输出电压，VP2（下）为经电容滤波后负载RL两端的电压。由理论分析可知，经电容C滤波后输出的波形变得平缓，平均值提高，VP2仿真电压波形与理论分析一致。
接着，可将负载开路，运行仿真后得到波形如7所示。
VP2（上）为单相桥式整流电容滤波电路负载RL两端的电压，VP4（下）为单相桥式整流电容滤波电路（负载开路）时电路的输出波形。通过两者波形的对比，引导学生对电路进行分析：在电路接通时VP1从0开始增大，二极管导通，电容C开始充电，当VP1达到最大值时C两端电压随之充到最大值;但VP1从最大值开始下降，二极管截止，因负载开路，所以C不能向RL放电，C两端电压一直保持最大值。
在电容滤波仿真电路中，还可以让学生通过参数调整，改变电容大小，观察电容大小对滤波效果的影响;同时也可以让学生将电容滤波改为电感滤波，通过仿真观察两者输出的波形，分析两者不同的滤波效果及原理。
4 结语
通过以上教学实例可见，将仿真软件应用到电子技术课程中，可以很好的将理论与实际仿真相结合，改变传统教學模式，把课堂变得更生动，同时解决了课时少和实验室资源的问题。而且，可以根据需求在仿真实验中随时调整电路参数，探索电路的性能与参数之间的关系，及时高效获取仿真结果，进一步促进学生发现问题、分析问题与解决问题的能力，更容易让学生感受到获取知识的成就感，从而激发了学生的求知欲和创新意识，提高教学效果。
参考文献：
[1]王春燕.Multisim仿真仿真软件在高职《电子技术》课堂教学中的应用与研究[J].价值工程，2016（34）：165-166.
[2][3]肖华根，朱红萍，黄媛.PSIM 在“电力电子技术”课堂教学中的应用[J].江苏科技信息，2017（19）：63-64.
[4][6][7]林平勇，高嵩.电工电子技术（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2016：199-205.
[5]付植桐.电子技术（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2016：110.
关键词：电子技术;仿真软件;PSIM
在高职院校中，《电子技术》课程是机械类专业一门比较重要的专业必修课，课程内容包括模拟电子技术和数字电子技术等。该门课程是《电气控制与PLC》、《数控机床故障诊断与维修》等核心专业课的先修课程，掌握这门课程的基础理论和技术层面的知识，可以为后续课程的学习打下坚实的理论基础。同时，现在的发展趋势已经接近机电不分家，电子技术对机械类专业学生要求也越来越高。
1 高职机械类专业电子技术教学的现状及学生学习存在的问题
（1）课时少，内容多。对于高职机械类专业《电子技术》课程的开设，许多高校往往只安排40-48个学时，且不单独开设集中性实训课程，除去实验的8个学时，理论教学只有32-40个学时。因分配学时较少，教学内容多，教学实施过程中很多知识点没有办法深入讲解，学生理解起来难度就较大。
（2）理论多，实验少。受学时分配限制，机械类专业实验安排学时相对较少，且多数以验证性实验为主，缺少综合设计性实验，造成学生理论与实践严重脱节，不利于学生电路分析能力、实践操作能力和自主创新能力的培養。
（3）实验设备陈旧，器件少。实验教学过程中，经常是3-4人共用一套实验设备，动手能力弱的学生往往只是在旁边观看，动手甚少。而且《电子技术》课程是专业基础课，开设该课程的班级较多，实验室使用率高，损坏的设备和器件不能得到及时维修，实验成功率低或实验效果不理想[1]。
（4）理论抽象，电路复杂。电子技术课程教学内容本身就存在内容抽象，分析方法多种多样、电路类型和器件复杂等问题，加大了学生对知识的理解难度。
在教学学时和实验室资源受限的情形下，传统的教学方法已很难达到预期的教学效果。借助教学信息化手段，将电路仿真软件引入到该课程中作为辅助教学，可以有效弥补理论教学和实验教学的缺陷;而且传统教学与仿真相结合，将抽象的理论知识形象、可视化，既能增加学生对电路的感观认识，又能促进学生对课程知识的探索与实践。本文将以PSIM仿真软件为例来介绍电路仿真在电子技术教学中的应用与研究。
2 PSIM仿真软件简述
PSIM 是专门为电力电子和电动机控制设计的一款仿真软件[2]。PSIM具有仿真高速、用户界面友好、波形解析等功能，为电力电子电路的解析、控制系统设计、电机驱动研究等有效提供强有力的仿真环境，而且PSIM软件占用资源少，仿真速度快[3]。
PSIM元件库包含了电阻、电容、电感、二极管、变压器等常见元件外，还包含了逻辑门、RS触发器、JK触发器等逻辑元器件和直流、正弦等各类电源，元件种类多样，可以建立基于模拟或数字电子元器件的仿真电路，能够满足《电子技术》课程的需求。
3 仿真软件在电子技术教学中的应用实例—单相桥式整流电容滤波电路
本文以电子技术中“直流稳压电源—单相桥式整流电容滤波电路”为例来分析PSIM仿真在教学中的应用。直流稳压电源是把交流电转换成直流电的过程，是二极管、晶闸管的具体实际应用，是电子技术中比较经典的一部分。首先可结合日常生活中的举例（如手机充电器、电动车、小音箱等），创设情境，引导学生认识直流稳压电源在生活中的具体应用，从而导入课程内容。接着介绍直流稳压电源的组成，如图1所示。然后按电路功能模块来进行教学，本文将从整流和滤波两个模块来分析。
3.1 整流电路
整流电路是利用具有单向导电性能的整流元件（晶体二极管、晶闸管），将正负交替变化的正弦交流电压变换成单向的脉动直流电压[4]。整流模块由4个二极管接成电桥形式构成，如图2所示。
在u2的正半周，其极性为上正下负，D1、D3导通，D2、D4截止，负载RL上的电流自上而下流过负载，负载上得到了与u2正半周相同的电压;在u2的负半周，其极性为上负下正，D2、D4导通，D1、D3截止，负载RL上的电流仍然自上而下流过负载，负载上同样得到了与u2正半周相同的电压[5]。
对电路进行仿真实验，按照电路图连接好元器件并修改元器件参数，同时在变压器二次侧并联一个电压表V2，负载RL两端并联电压表VP1，方便观察波形。搭建好的仿真电路如图3所示。仿真实验中，交流电源输入为220V，频率50HZ，变压器变比K=11：1，负载RL=40Ω。运行仿真，得到电压表V2和VP1的波形如图4所示。
V2（上）为变压器二次侧电压u2波形，VP1（下）为经整流桥后加在负载RL两端的电压uo。由理论分析可知，在一个周期里D1～D4在正半周期和负半周期各导通一次，uo的仿真电压波形与理论分析一致。
3.2滤波电路
滤波电路一般有电容滤波、电感滤波、LC滤波等，其作用是尽可能地将单向脉动直流电压中的脉动部分（交流分量）减小，使输出电压成为比较平滑的直流电压[6]。本文将以电容滤波为例，在整流桥两端并联电容构成电容滤波电路。
由前面的分析可知，经整流电路后输出的电压如VP1波形所示。假设在电路接通时，VP1从0开始增大，此时电容C开始充电，当VP1达到最大值时，C两端电压随之按正弦规律上升至最大值，接着VP1从最大值开始下降，uc也随之下降，但它们按不同规律下降：VP1按正弦规律下降，下降较快;而电容C则通过负载RL放电（此时二极管截止），uc按指数规律下降，由于放电时间常数（τ=RLC）较大，uc下降较慢[7]。当VP1的值再次增大，且大于uc时，二极管再次导通，电容C再继续充电，uc又随VP1上升。如此下去，输出电压（uo=uc）就得到了比整流输出电压更平滑的直流电，平均值也相应增大。 对电路进行仿真实验，在整流桥两端并联电容C=1000μF，并将负载RL两端电压表改为VP2。搭建好的仿真电路如图5所示。
仿真实验中，保留原整流仿真电路，方便将输出波形VP1和VP2进行对比，观察波形变化，运行仿真后得到波形如6所示。V2（上）为变压器二次侧电压u2波形，VP1（中）为整流电路输出电压，VP2（下）为经电容滤波后负载RL两端的电压。由理论分析可知，经电容C滤波后输出的波形变得平缓，平均值提高，VP2仿真电压波形与理论分析一致。
接着，可将负载开路，运行仿真后得到波形如7所示。
VP2（上）为单相桥式整流电容滤波电路负载RL两端的电压，VP4（下）为单相桥式整流电容滤波电路（负载开路）时电路的输出波形。通过两者波形的对比，引导学生对电路进行分析：在电路接通时VP1从0开始增大，二极管导通，电容C开始充电，当VP1达到最大值时C两端电压随之充到最大值;但VP1从最大值开始下降，二极管截止，因负载开路，所以C不能向RL放电，C两端电压一直保持最大值。
在电容滤波仿真电路中，还可以让学生通过参数调整，改变电容大小，观察电容大小对滤波效果的影响;同时也可以让学生将电容滤波改为电感滤波，通过仿真观察两者输出的波形，分析两者不同的滤波效果及原理。
4 结语
通过以上教学实例可见，将仿真软件应用到电子技术课程中，可以很好的将理论与实际仿真相结合，改变传统教學模式，把课堂变得更生动，同时解决了课时少和实验室资源的问题。而且，可以根据需求在仿真实验中随时调整电路参数，探索电路的性能与参数之间的关系，及时高效获取仿真结果，进一步促进学生发现问题、分析问题与解决问题的能力，更容易让学生感受到获取知识的成就感，从而激发了学生的求知欲和创新意识，提高教学效果。
参考文献：
[1]王春燕.Multisim仿真仿真软件在高职《电子技术》课堂教学中的应用与研究[J].价值工程，2016（34）：165-166.
[2][3]肖华根，朱红萍，黄媛.PSIM 在“电力电子技术”课堂教学中的应用[J].江苏科技信息，2017（19）：63-64.
[4][6][7]林平勇，高嵩.电工电子技术（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2016：199-205.
[5]付植桐.电子技术（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2016：110.